飞机总体设计方案绪论
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飞机总体设计FuDan_SG
36
2.1 飞机的设计要求
设计要求的提出—民用飞机 民用飞机很难说有什么“固定客户”，因 此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司 提出初步设想，经过与可能用户的商讨， 再制定设计要求 设计要求也需要有正确的预见性，因此必 须必须进行长期的市场调查和详细的分析 研究
37
2.1 飞机的设计要求
任务剖面
试制原型机 设计定型阶段 —进行定型试飞 生产定型阶段－少量改进，小批量生产
4
1.2 什么是飞机总体设计？
飞机设计的范围
—主要涉及论证、方案和工程研制阶段
飞机设计的三阶段划分方式
见下页
5
1.2 什么是飞机总体设计？
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
初步设计
（Preliminary Design）
目标：完成可实现加工的细节设计。
15
详细设计
工作内容
1. 部件设计和零构件设计 2. 各系统的设计
液压系统 环控系统 起落架系统…… 3. 详细的重量重心计算 4. 强度计算报告 5. 静强度、动强度和寿命试验 6. 系统的地面台架试验 7. 工装设计
16
详细设计
方法与手段
1. CAD 2. CAM（FEM） 3. 结构优化设计 4. 系统可靠性设计 5. 试验
29
课程评分内容与方法
设计报告 笔试 得分：
50% 50% 设计报告 + 笔试成绩
设计报告评分标准： 1）正确性和合理性 2）清晰性
30
设计报告内容
设计要求拟定 飞机布局型式的确定 飞机主要参数计算 部件外形设计 飞机总体布置 重量重心计算 气动特性分析 飞行性能分析计算 三面图 总结
2.1 飞机的设计要求
设计要求的提出—民用飞机 民用飞机很难说有什么“固定客户”，因 此要发展什么样的飞机，一般由飞机公司 提出初步设想，经过与可能用户的商讨， 再制定设计要求 设计要求也需要有正确的预见性，因此必 须必须进行长期的市场调查和详细的分析 研究
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2.1 飞机的设计要求
任务剖面
试制原型机 设计定型阶段 —进行定型试飞 生产定型阶段－少量改进，小批量生产
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1.2 什么是飞机总体设计？
飞机设计的范围
—主要涉及论证、方案和工程研制阶段
飞机设计的三阶段划分方式
见下页
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1.2 什么是飞机总体设计？
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
初步设计
（Preliminary Design）
目标：完成可实现加工的细节设计。
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详细设计
工作内容
1. 部件设计和零构件设计 2. 各系统的设计
液压系统 环控系统 起落架系统…… 3. 详细的重量重心计算 4. 强度计算报告 5. 静强度、动强度和寿命试验 6. 系统的地面台架试验 7. 工装设计
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详细设计
方法与手段
1. CAD 2. CAM（FEM） 3. 结构优化设计 4. 系统可靠性设计 5. 试验
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课程评分内容与方法
设计报告 笔试 得分：
50% 50% 设计报告 + 笔试成绩
设计报告评分标准： 1）正确性和合理性 2）清晰性
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设计报告内容
设计要求拟定 飞机布局型式的确定 飞机主要参数计算 部件外形设计 飞机总体布置 重量重心计算 气动特性分析 飞行性能分析计算 三面图 总结
飞机总体设计PPT课件
经济性能设计
燃油经济性
在保证飞行性能的前提下，通过 优化飞机气动外形、减轻结构重 量、提高发动机效率等措施，降 低飞机的燃油消耗率。
维护经济性
通过采用先进的维护理念和技术 手段，降低飞机的维护成本和停 场时间，提高飞机的出勤率和利 用率。
直接运营成本
包括燃油费、维护费、机组人员 工资等直接与飞机运营相关的成 本。设计中需要考虑如何降低这 些成本以提高飞机的经济性能。
采用遗传算法、模拟退火等启发 式算法，处理飞机设计中的复杂 问题，寻求全局最优解。
利用代理模型对飞机性能进行快 速评估，减少计算量，提高优化 效率。
多学科优化方法探讨
多学科设计优化（MDO）
综合考虑气动、结构、控制等多学科因素，实 现飞机总体设计的协同优化。
分解协调方法
将复杂问题分解为若干子问题，分别进行优化 后再进行协调，降低问题求解难度。
06
确保飞机满足适航法规和标准的要求，包括噪声、排放等 环保指标。
02
飞机总体布局设计
布局形式的选择与特点
常规布局
水平尾翼和垂直尾翼都 放在机翼后面的飞机尾
部。
鸭式布局
水平尾翼位于机翼的前 面，具有较好的大迎角
特性。
无尾布局
没有水平尾翼，靠机翼 后缘襟翼或扰流片等部
件实现俯仰操纵。
三翼面布局
在常规布局上增加一对 鸭翼。
垂直尾翼
主要功能是保持飞机的方 向平衡和操纵飞机的方向 运动。
V型尾翼
由左右两个倾斜的垂直尾 翼组成，像是固定在机身 尾部带大上反角的平尾。
起落架布局设计
前三点式起落架
自行车式起落架
两个主轮对称地布置在飞机重心之后， 前轮位于机身前部。
1飞机总体设计PPT课件
▪ 较精确的计算（重量重心、气动、性能和操 稳等）
▪ 模型吹风试验
12
1.2 什么是飞机总体设计？
❖各阶段的任务—详细设计
▪ 飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够 指导生产的图纸
• 如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各 系统总装配图，零构件图
▪ 详细的重量计算和强度计算报告 ▪ 大量的实验
来源：W.H. Mason, Virginia理工
31
1.6 设计中的团队协作
❖ 什么是团队协作（Teamwork）?
▪ 不是让大家坐在一起做同样的家庭作业 ▪ 是:
- 一起明确需要解决的问题 - 每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作 - 在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：
我们是否已经解决了问题？ - 如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
战术技术要求 及概念性方案
否 决策
是
否 决策
是
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
原型机
定型试飞 报告
“路漫漫其修远兮......”
生产定型 阶段
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
6
1.2 什么是飞机总体设计？
❖飞机设计的范围 —主要涉及论证、方案和工程研制阶段
❖工程设计是指设计人员应用自然规律，通 过分析、综合和创造思维将设计要求（系 统要求）转化为一组能完整描述系统的参 数（文档或图纸）的活动过程
3
1.1 什么是飞机设计？
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
▪ 模型吹风试验
12
1.2 什么是飞机总体设计？
❖各阶段的任务—详细设计
▪ 飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够 指导生产的图纸
• 如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各 系统总装配图，零构件图
▪ 详细的重量计算和强度计算报告 ▪ 大量的实验
来源：W.H. Mason, Virginia理工
31
1.6 设计中的团队协作
❖ 什么是团队协作（Teamwork）?
▪ 不是让大家坐在一起做同样的家庭作业 ▪ 是:
- 一起明确需要解决的问题 - 每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作 - 在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：
我们是否已经解决了问题？ - 如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
战术技术要求 及概念性方案
否 决策
是
否 决策
是
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
原型机
定型试飞 报告
“路漫漫其修远兮......”
生产定型 阶段
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
6
1.2 什么是飞机总体设计？
❖飞机设计的范围 —主要涉及论证、方案和工程研制阶段
❖工程设计是指设计人员应用自然规律，通 过分析、综合和创造思维将设计要求（系 统要求）转化为一组能完整描述系统的参 数（文档或图纸）的活动过程
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1.1 什么是飞机设计？
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
飞行器总体设计一PPT课件
6
★ 形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力 系统图
★ 进行重心定位、性能、操稳计算，结构强度 和刚度计算
★ 提出对各分系统的技术要求 ★ 最终要制造出全尺寸的样机或绘制电子样机， 进行人机接口、主要设备和通路布置的协调检查以 及使用维护检查。
7
样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审 查通过后，可以冻结新飞机的总体技术方案，开始 转入工程研制。
由设计/研制单位提出 由用户和设计单位共同提出
由用户提出的要求，设计/研制单位要进行分析/ 论证——战术技术要求分析/论证。
19
飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容
应包括以下几个方面：
(1) 飞机的类型和基本任务 (2) 飞机的有效载荷 (3) 飞机的飞行性能指标 (4) 其他方面的要求：电子对抗、隐身、使用维护性、 使用周期、研制进度/经费、使用经济性，……。有时这 些要求可能会起到决定性的作用。
下面简单讨论飞机设计要求中的战术技术要求。
在作调整试飞过程中，新飞机肯定会出现各种故 障，必要时应对飞机作局部的修改。
在定型试飞过程中还会有故障，当然比调整试飞 中出现的要少的多，而且更改大多是机内系统，涉 及飞机外形的改动极少。
15
定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完 成后，由试飞鉴定部门和飞行员写出正式报告，上 报国家航空产品定型委员会批准后，方可进入小批 量生产。
飞行器总体设计
1
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展 1.4 喷气干线运输机的发展 1.5 支线飞机、通用航空 1.6 无人飞行器 1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
2
1.1 飞机研制的一般过程
★ 形成飞机的总体布置图、三面图、结构受力 系统图
★ 进行重心定位、性能、操稳计算，结构强度 和刚度计算
★ 提出对各分系统的技术要求 ★ 最终要制造出全尺寸的样机或绘制电子样机， 进行人机接口、主要设备和通路布置的协调检查以 及使用维护检查。
7
样机在经过使用部门，特别是经空、地勤人员审 查通过后，可以冻结新飞机的总体技术方案，开始 转入工程研制。
由设计/研制单位提出 由用户和设计单位共同提出
由用户提出的要求，设计/研制单位要进行分析/ 论证——战术技术要求分析/论证。
19
飞机设计要求通常没有固定的格式，其基本内容
应包括以下几个方面：
(1) 飞机的类型和基本任务 (2) 飞机的有效载荷 (3) 飞机的飞行性能指标 (4) 其他方面的要求：电子对抗、隐身、使用维护性、 使用周期、研制进度/经费、使用经济性，……。有时这 些要求可能会起到决定性的作用。
下面简单讨论飞机设计要求中的战术技术要求。
在作调整试飞过程中，新飞机肯定会出现各种故 障，必要时应对飞机作局部的修改。
在定型试飞过程中还会有故障，当然比调整试飞 中出现的要少的多，而且更改大多是机内系统，涉 及飞机外形的改动极少。
15
定型试飞通常需要上千个起落。试飞科目全部完 成后，由试飞鉴定部门和飞行员写出正式报告，上 报国家航空产品定型委员会批准后，方可进入小批 量生产。
飞行器总体设计
1
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展 1.4 喷气干线运输机的发展 1.5 支线飞机、通用航空 1.6 无人飞行器 1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
2
1.1 飞机研制的一般过程
飞机总体设计绪论
（1）简报与总报告的规范性 2
（2）展示和表达能力 （3）团队协作能力 （4）设计工作量 课程项目（40%） （5）方案完整性与严谨性 （6）技术可行性 （7）创新意识与能力 （8）个人表现
3 3 4 4 8 8 8
11
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机（AIAA） v 题目2—高空长航时无人飞行系统（NASA） v 题目3—先进布局宽体客机 v 题目4—先进舰载战斗机 v 题目5—新型高超声速飞行器
7
课程安排
v 历年优秀设计作品展示
课程安排与评分方式
v 历年优秀设计作品展示 – 2013年度
v .
评分方式
v 评分方式 §总分 ＝ 平时成绩＋期末笔试
100％ ＝ 50％ ＋ 50％
＊设计小组
• 平时成绩 ＝ 课程项目 + 考勤 50％ ＝ 40％ + 10%
10
评分方式
的跑道起飞；海拔2370m、气温29.5℃、80%最大起飞 重量条件下，可使用2430m跑道起飞。 （5）巡航Ma 0.62-0.68，最大巡航海拔高度7620m-9450m。
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统
§来源：NASA2013-2014 大学航空工程设计竞赛 /university-contest/
5
联合课程
“航空航天设计联合课程计划”
......
6
课程安排
v 设计小组—飞机概念方案设计
§任务：根据所给题目，选择某一类型的飞机进 行概念设计，每组应完成至少2个方案的布局设 计与初步布置以进行对比，完成其中至少1个方 案的性能估算，完成演示文稿和设计报告
§人员：每班3个设计小组，每组11人左右 注意：务必保证每个同学都在某一设计小组中！
飞机总体设计课件(1)
④ 有人主张废弃编队空战，截击机的战术是利
用速度优势追赶目标，并用空-空导弹歼灭目标，
不需要进行高过载机动，并力求一次攻击结束战斗；
⑤ 不重视飞行员在空战中的作用，认为飞行员
不需要学会正确判断空战情况，而是由地面指挥所
来替他们下决心。 这些观点左右了第2代战斗机的设计。
越战及其他局部战争：第2代战斗机在这些局部
拟试验。
飞机部件及整机要做静力试验，以验证飞机的强 度；起落架还要做动力试验。 飞机总装完成以后在试飞前，要做全机地面共振 试验，以确定飞机的颤振特性；还要做各系统及其 综合的机上地面试验以及全机电磁兼容性等机上地
面试验，为放飞前做最后的验证。
飞机在工程研制阶段，即应拟定考核其能否满足
原定战术技术要求的试飞大纲，并且应尽早培训空、
显得更为有利，因此飞机的速度性能比机动性能更
受到重视；单机空战的四要素：高度、速度、机动、
火力；飞机编队作战的规模相当大。战后喷气式发 动机用于战斗机，发展出了第一代喷气式战斗机。
朝鲜战争：技术上的飞速进步并没有对战斗机的
空战产生根本性的影响，战术虽有发展但仍保留了
二战后期的基本特点，只是对飞行员的要求提高了；
展、敌我作战环境等多方面进行充分研究和分析，
是一个精密筹划、精心运筹的过程。正确处理好现
实与未来、应用与开拓的关系，对军机的研制与发
展具有十分重要的意义。
在设计新机时，战术技术要求的论证和确定，直
接影响着新机的前途和使用效能。
新机的战术技术要求不仅取决于本国的战略战术
思想和技术发展，也受敌方战略战术的影响。
1.1.5 生产定型阶段
特别是工艺性的改进。改进后的飞机即进入小批量 生产。 首批生产的飞机也应经鉴定试飞，主要检查工艺 质量，通过后即可进入成批生产。
总体设计——精选推荐
总体设计⼀．绪论1.飞机研制的⼀般过程。
(1)论证阶段、(2) ⽅案阶段、(3) ⼯程研制阶段、(4) 设计定型阶段、(5) ⽣产定型阶段。
2.飞机设计要求的主要内容；(1) 飞机的类型和基本任务(2) 飞机的有效载荷(3) 飞机的飞⾏性能指标(4) 其他⽅⾯的要求：电⼦对抗、隐⾝、使⽤维护性、使⽤周期、研制进度/经费、使⽤经济性，……。
有时这些要求可能会起到决定性的作⽤。
3.飞机总体设计的特点。
飞机的⾼技术性和复杂性(1) 外形要求严格，⽓动特性良好(2) 重量轻（为减轻飞机的⼀克重量⽽奋⽃）(3) 可靠性、安全性、维修性、寿命等要求⾼(4) 多个专业技术和系统组成的复杂⼯程系统飞机总体设计⼯作的特点(1) 创造性与科学性；(2) 多解性；(3) 反复迭代，逐次（多轮）逼近；(4) 综合与协调。
⼆．空⽓动⼒学与飞⾏⼒学：1.标准⼤⽓；以海平⾯为标准：温度为15度，T=288.15k。
压⼒p=101325.2Pa，空⽓密度ρ=1.22505kg/m3,声速v=340.29m/s.2.⾼、低速空⽓动⼒学基础知识；3. 飞机的主要飞⾏性能；飞⾏速度指标：最⼤速度，巡航速度，失速速度飞⾏⾼度指标：巡航⾼度，升限续航指标：航程，作战半径，最⼤续航时间起飞着陆指标：起飞速度，起飞距离，着陆速度，着陆距离机动性能指标–改变飞⾏⾼度能⼒：爬升率–改变飞⾏速度能⼒：加速性能–改变飞⾏⽅向能⼒：转弯半径4.飞机的稳定性和操纵性。
三．飞机初始参数的确定：（确定飞机参数：原准统计法和统计分析法）1. 主要的飞机总体设计参数；(1) 飞机的正常起飞重量W 0或W TO (或正常起飞质量m 0)；(2) 动⼒装置的海平⾯净推⼒T 0或P 0；(3) 机翼⾯积S 。
由这3个参数可以引出2个相对参数：起飞翼载荷W /S 和起飞推重⽐T /W起飞翼载荷起飞推重⽐2. 起飞重量的构成及估算；在最初阶段，可将起飞重量分为3部分：有效载荷重量、燃油重量和空机重量W p 为有效载荷(含乘员)重量，由设计要求给定；W f 为燃油重量，包括任务燃油(可⽤燃油)、备份燃油(安全余油)及死油三部分；W e 为空机重量，主要包括结构(机体、起落架、操纵系统等)重量、动⼒装置重S W S W p 00/==00/W T W T t ==e f p W W W W ++=0)(eq en st f p W W W W W ++++=量及设备重量三部分。
《飞机总体设计》电子教案2009最新版-南航-余雄庆-620页-单个PDF
参考教材
1.
L. R. Jenkinson, P. Simpkin, D. Rhodes, Civil Jet Aircraft Design, AIAA Inc, 1999
2.
D.P. Raymer, Aircraft Design: A Conceptual Approach, AIAA Education Series. 1992.
方法与手段
• 统计数据 • 经验公式 • 工程估算公式 • 参数敏感分析 • 地毯图 • 总体分析软件 • 总体参数优化软件
输出
• 初步方案的三面图 • 可行性论证报告 • 详细技术要求与目标
初步设计
输入
• 概念设计结果 • 初始方案的外形CAD模型
目标
• 细化、优化概念设计方案 • 确信方案能达到设计要求，冻结总体外形。
10. 李为吉主编，现代飞机总体综合设计，西北工业大学出版社，2001年。
11. 谢·米·叶格尔[俄]等著，杨景佐、胡传泰等译，《飞机设计》，航空工业出版社，1986年。
12. Nicolai著，赵先宁译，《飞机设计基本原理》，台湾，徐氏基金会，1975年.
飞机设计依据
飞机设计依据
• 飞机设计的基本要求 • 飞机设计规范和适航性条例 • 评价飞机设计方案准则
关于性能指标
• 航程
– 航程对飞机重量的确定有很大影响 – 列出覆盖机场的距离，在此基础上确定航程。
工作内容
• 细化和优化几何外形 - 气动设计、分析与优化
• 总体结构布置 - 结构分析与优化
• 多学科分析与优化 • 完整三面图和外形数模 • 飞机总体布置图
方法与手段
输出
• CAD软件（CATIA）
第1章 绪论
2020/5/4
14
飞机设计方法与内容
2020/5/4
15
飞机设计方法与内容
2020/5/4
16
1.3飞机设计方法与内容
二、飞机设计过程概述
1、设计的内涵：
① 创造性的思维过程；
② 全面、综合的辨证过程（抓主要矛盾）；
③ 设计的不唯一性；
④ 设计的反复性；
⑤ 设计与科学实验
⑥ 设计的继承性；的关系。
除了原有的强度和失效安全规格之外，还更在设计中 结合了耐久和损伤容限标准。此种设计使飞机结构具有 足够的强度，即使飞机结构具有相当程度的损伤，只要 有例行的结构检查，仍可安全地飞行。因为这种计划中 的结构检查应能在损伤还未到到危险极限以前便可及时 地被发现。
2020/5/4
34
BOEING 三代飞机结构设计思想发展
技术要求与技术性能是互相联系、互相制约的，有的 甚至是相互矛盾的，应当在一个好的设计素质基础上， 把握主要矛盾，综合考虑，权衡处理。
2020/5/4
27
飞机设计方法与内容
五. 飞机结构设计的基本内容：
(1) 结构的打样设计（画出部件打样图） (2) 组件的打样设计（画出组件打样图） (3) 零构件设计（画出零构件图纸） (4) 组件结构设计（画出组件装配图） (5) 部件结构设计（画出部件装配图）
8
2020/5/4
0.2
81
4
13
76
4
13
80
2
14
78
6
12
76.5
4.5
13.5
70
7
11
75
6
8
37
1.4 飞机结构材料
飞机总体设计：第十八讲：总复习
梁式：单梁、双梁、多梁式 单块式 多腹板式 混合式
1、梁式：
主要结构特点是 纵向有很强的翼梁，蒙皮较薄，长桁较弱，梁
的缘条剖面与长桁剖面相比要大得多。
与机身的连接形式 梁式机翼通常作成两个半机翼，即机翼常在
机身两侧有设计分离面，并就在此分离面处借助几个对接接头与机 身连接。
分类 按翼梁的数量，可分为单梁式、双梁式和多梁式（3-5根
4.工艺要求——主要对应于结构的生产过程
飞机的制造工艺性与飞机的经济性。
3
二.飞机结构设计的原始条件
1. 结构外形和空间协调
2. 结构的外载荷和受力特点
3. 结构的使用条件
结构的使用条件
环境条件 起飞着陆条件
维护、检修条件
4. 结构的生产条件
结构的生 飞机产量：产量-效益和工艺-结构设计 产条件 工厂加工能力：包括设备、人员和工艺等
8
第三章 飞机的外载荷
使用过程中，影响飞机结构强度的主要载荷有： 影响飞机结构强度的主要载荷
飞行中的空气动力
质量力 着陆时的地面冲击力
这章介绍的内容：飞机飞行中的载荷
9
外界作用在飞机上的外力有：
升力 Y 阻力 X 动力装置产生的推力 T 起飞着陆时作用在前、主起落 架的地面反力 Pn 、 Pm 飞机各部分的相互作用力 Ri
➢ 安全系数 f ：强度规范中定义 设计载荷与使用载荷之比，即 f = Pd / Pe
二、安全系数的物理意义：
其物理意义为实际使用载荷增大到多少倍结构才破坏，这个倍数就 是安全系数。
14
Pd = f Pe = f nG
第四章 机翼、尾翼结构分析与设计
一、 机翼的功用与要求
机翼的功用 ➢ 机翼的用途
飞机总体设计-设计过程及算例
无人机总体设计算例任务要求：飞行高度：30-200m，飞行速度：40-90km/h，巡航速度：18m/s，最大飞行速度28m/s，爬升率4m/s，续航时间：1h ，最大过载1.7，任务载荷重量：0.5kg，背包式运输，发射方式：手抛式，回收方式：机腹着陆设计过程：1.布局形式及布局初步设计无尾布局【方法：参考已有同类无人机】确定布局形式：主要是机翼、垂尾、动力、起落架等。
（1）机翼根据经验或同类飞机确定：展弦比5.5-6，尖削比0.4-0.5，后掠角28°，下反角1.5°，安装角2°展弦比【展弦比增大，升致阻力减小，升阻比增大】【展弦比增大，弦长减小，雷诺数降低，气动效率降低】【展弦比增大，弦长减小，翼型厚度减小，机翼结构重量上升】尖削比【尖削比影响升力展向分布，当展向升力分布接近椭圆时，升致阻力最小，低速机翼一般取0.4-0.5】后掠角【后掠角增加，横向稳定性增大，配下反角】【后掠角增加，尾翼舵效增加】【后掠角增加，纵向阻尼增强，纵向动稳定性增强】下反角【上反角增加，横向稳定性增加，下反角相反】安装角【巡航阻力最小对应机翼的迎角，通用航空飞机和自制飞机的安装角大约为2°，运输机大约为1°，军用飞机大约为0°，在以后的设计阶段，可通过气动计算来检查设计状态所需要的机翼实际的安装角。
】机翼外型草图（2）垂尾垂尾形式：翼尖垂尾尾空系数：Cvt=0.04/2=0.02 【双重尾】（3）动力系统形式电动无人机推进系统安装位置主要有：机头拉进式、机尾推进式、单发机翼前缘拉进式、双发形式、单发机翼后缘推进式。
下面研究各种布置形式对布局设计的影响。
本方案为：机尾推进式2.无人机升阻特性（极曲线）估算前面确定了机翼的基本参数，要确定无人机的具体机翼参数，还需要知道“起飞重量”、“翼载荷”，然后进行布局缩放。
确定起飞重量，关键是电池重量，电池重量由飞机需要的能量决定，能量由飞机升阻特性决定。
飞机总体设计课件(3) 154页PPT文档
(1) 平尾应避开机翼尾涡的不利干扰。 一般来说，机翼尾涡随迎角增大而增强，因而将 平尾布置在机翼弦平面上下不超过5%平均气动弦 长的位置，有可能满足大迎角时的纵向操稳要求， 因而现代飞机采用下平尾和中平尾的型式居多。 (2) 高置平尾由于存在4个直角，阻力较大，同时 垂尾重量也较大。
(3) T尾的优点是平尾速度阻滞系数大，效率高； 同时平尾相当于垂尾的端板，也使垂尾的效率提高。 这种形式的主要缺点是垂尾的结构重量较大，而且 只对于平直或者小后掠的垂尾才有可能。
不可以
可以
较长/较易 短/易
较易/较轻
易/轻
相当于 机翼下反
概括地讲，大型旅客机以下单翼型式居多；重型 军用运输机一般多采用上单翼型式；战斗机一般情 况下采用中单翼型式的较多。
机翼在机身上的前后位置，决定了飞机的纵向操 稳特性，通常要到重心定位阶段才能确定。
2.1.3 尾翼的位置
I. 水平尾翼的前后位置 飞机的气动特性取决于各承力翼面的相对位置以 及相对尺寸和形状，其中机翼是产生升力的主承力 翼面，前翼、平尾等是辅助承力翼面。 平尾(或辅助翼面)与机翼的前后相对位置是代表 不同飞机型式的显著的标志。
变后掠机翼设计难点之一是飞机的平衡问题：当 增大后掠角时，气动中心后移，重心也后移，但前 者移动量大，飞机会出现低头现象，需要通过调整 燃油来调整重心位置或者增加平尾向下的载荷(同 时增加了配平阻力)来克服。
变后掠机翼设计的另一个难点是由于转轴机构及 其集中传力而带来的机翼结构复杂和机翼重量的增 加(机翼大致增重20%以上)以及由此引起的全机重 量的增加。
单纯的小展弦比直机翼的缺点是跨音速气动特性 较差，焦点变化剧烈，因此在超音速飞机上较少采 用。
(2) 后掠翼 对亚音速飞机而言，后掠翼能有效提高临界马赫 数，延缓局部激波的产生，避免过早出现波阻。 对超音速飞机而言，后掠翼可改善其跨音速气动 性能：后掠翼的CD0~ M 变化较缓，升力线斜率虽 然小于直机翼但比三角翼大。
飞行器总体设计课件一
飞行器总体设计
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展
1.4 喷气干线运输机的发展
1.5 支线飞机、通用航空
1.6 无人飞行器
1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
1.1 飞机研制的一般过程
1995年，总参谋部、国防科工委（现总装备部）
术方案及研制经费、保障条件和对研制周期的预测，
在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时 还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布 局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚 实的技术基础。
1.1.2 方案阶段
任务： 根据批准的《某型飞机战术技术要求》设计出可 行的飞机总体技术方案。 主要工作内容：
在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一 步验证在动态过程中机上各系统的工作情况，同时 进一步对试飞测试系统作一定的检验。 工程研制阶段的最终成果是试制出供地面和飞行 试验用的原型机4~10架，并制定试飞大纲和准备好 空、地勤人员使用原型机所需的技术文件，具有进 行试飞所必需的外场保障设备。
1.1.4 设计定型阶段
大部分空战仍是双方在目视的近距离范围进行的， 而且航炮在空战中也发挥了重要的作用； 大多数战斗机还是编队空战。
根据越战等的经验，研制了第3代战斗机： 强调格斗空战能力和全天候作战能力； 十分重视飞机在亚跨音速范围内的机动； 机载电子设备和武器系统的性能水平有突破性的 提高。 实践证明，第3代战斗机的设计是比较成功的。
新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行 定型试飞。 在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整
试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的
重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右，
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展
1.4 喷气干线运输机的发展
1.5 支线飞机、通用航空
1.6 无人飞行器
1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
1.1 飞机研制的一般过程
1995年，总参谋部、国防科工委（现总装备部）
术方案及研制经费、保障条件和对研制周期的预测，
在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时 还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布 局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚 实的技术基础。
1.1.2 方案阶段
任务： 根据批准的《某型飞机战术技术要求》设计出可 行的飞机总体技术方案。 主要工作内容：
在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一 步验证在动态过程中机上各系统的工作情况，同时 进一步对试飞测试系统作一定的检验。 工程研制阶段的最终成果是试制出供地面和飞行 试验用的原型机4~10架，并制定试飞大纲和准备好 空、地勤人员使用原型机所需的技术文件，具有进 行试飞所必需的外场保障设备。
1.1.4 设计定型阶段
大部分空战仍是双方在目视的近距离范围进行的， 而且航炮在空战中也发挥了重要的作用； 大多数战斗机还是编队空战。
根据越战等的经验，研制了第3代战斗机： 强调格斗空战能力和全天候作战能力； 十分重视飞机在亚跨音速范围内的机动； 机载电子设备和武器系统的性能水平有突破性的 提高。 实践证明，第3代战斗机的设计是比较成功的。
新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行 定型试飞。 在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整
试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的
重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右，
飞机部件与系统设计-课件-第1讲-绪论
飞机部件与系统设计-课 件-第1讲-绪论
本课程将介绍飞机部件与系统设计的基础知识、设计原则和过程。通过这门 课程，学生将了解飞机部件和系统的分类、功能，以及飞机设计的目标和阶 段。
飞机部件概述
分类
了解飞机部件的不同分类，如机翼、发动机、 起落架等。
功能
探索飞机部件的各项功能和作用，如提供升 力、推动力和降落支撑等。
飞机系统概述
分类
了解飞机系统的不同分类，如动力系统、控制系统和通信系统等。
功能
探索飞机系统的各项功能和作用，如提供动力、控制机动和通信导航等。
飞机设计的基本原理
1 目标
2 原则
了解飞机设计追求的目标，如安全性、经 济性和环境友好性等。
探索飞机设计的基本原则，如重量优化、 结构强度和气动性能等。
飞机设计的过程
1
阶段
了解飞机设计的不同阶段，如概念设计、详细设计和验证验证等。
2
流程
探索飞机设计的典型流程，如需求分析、概念选择和工程实施等。
总结
1 重要概念回顾
2 局限性与出路
回顾本课程中涉及到的一些重要概念和关 键信息。
讨论飞机设计中的局限性，并探讨未来的 发展出路。
参考资料
• XXX教材 • YYY文献 • ZZZ网络资源
本课程将介绍飞机部件与系统设计的基础知识、设计原则和过程。通过这门 课程，学生将了解飞机部件和系统的分类、功能，以及飞机设计的目标和阶 段。
飞机部件概述
分类
了解飞机部件的不同分类，如机翼、发动机、 起落架等。
功能
探索飞机部件的各项功能和作用，如提供升 力、推动力和降落支撑等。
飞机系统概述
分类
了解飞机系统的不同分类，如动力系统、控制系统和通信系统等。
功能
探索飞机系统的各项功能和作用，如提供动力、控制机动和通信导航等。
飞机设计的基本原理
1 目标
2 原则
了解飞机设计追求的目标，如安全性、经 济性和环境友好性等。
探索飞机设计的基本原则，如重量优化、 结构强度和气动性能等。
飞机设计的过程
1
阶段
了解飞机设计的不同阶段，如概念设计、详细设计和验证验证等。
2
流程
探索飞机设计的典型流程，如需求分析、概念选择和工程实施等。
总结
1 重要概念回顾
2 局限性与出路
回顾本课程中涉及到的一些重要概念和关 键信息。
讨论飞机设计中的局限性，并探讨未来的 发展出路。
参考资料
• XXX教材 • YYY文献 • ZZZ网络资源
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赛. v 背景：涡桨飞机燃油效率高、经济性好、更
环保，因此如果瞄准2020年中短途航线市 场，设计新型涡桨飞机，充分发挥涡桨飞机 经济性和环境排放优势，并给乘客提供类似 喷气客机的体验，将使涡桨飞机重新获得市 场。
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机 v 1.1 基本设计要求 v （1）载荷能力：75±2名乘客，单通道，
3 3 4 4 8 8 8
11
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机（） v 题目2—高空长航时无人飞行系统（） v 题目3—先进布局宽体客机 v 题目4—先进舰载战斗机 v 题目5—新型高超声速飞行器
12
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机 v 来源：2013-2014 大学生团队飞机设计竞
到更大载客数量和更好的乘客体验；宽体客 机的布局也在不断发展。我国未来的新布局 宽体客机会是什么形式呢？
方案设计可选题目
v 题目3—先进布局宽体客机 v 基本设计要求 v （1）布局要求：宽体机身设计，客舱双/多
通道布局。 v （2）载荷能力：300名乘客，每位乘客和
行李总重量102；货仓容量150m³。 v （3）满载航程。满载航程应大于10000，
v 背景：研究人员一直在使用全球鹰型无人机 进行飓风季节大气数据的采集，通过这些数 据来优化计算机大气模型。但全球鹰的持续 航时仅有 24小时，难以满足长期数据采集 要求。因而需要设计出新一代的具有更长续 航能力的无人飞行系统。
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统 v 2.1 性能要求
进行概念设计，每组应完成至少2个方案的 布局设计与初步布置以进行对比，完成其中 至少1个方案的性能估算，完成演示文稿和设 计报告 v 人员：每班3个设计小组，每组11人左右 v 注意：务必保证每个同学都在某一设计小组 中！
7
课程安排
v 历年优秀设计作品展示
课程安排与评分方式
v 历年优秀设计作品展示 – 2013年度
巡航速度
巡航高度
航时
天
载荷
载荷功率
最小值 77 18 7 4 9
目标值 128 21 10+ 6 15
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统
v 2.2 载荷要求
投式探空仪 投放机
投式探空仪 干涉仪
激光定位器 放射计 雷达 C3 总计
数量
4
352 1 1 1 1 1
单重 （）
52
0.25 114 172 114 161 82
方案设计可选题目
v 题目5—新型高超声速飞行器 v 5.1 设计对象：一种可空间再入、中空高速
机动、低空滑翔着陆、可重复使用的新型无 人飞行器；
v 5.2 飞行过程概述：可从100高度的空间轨 道再入大气层，减速至60高度，在2060的 临近空间高度依靠空气动力以10以上飞行 速度可控飞行、变高度和偏航机动、大范围 转场，可在20以下高度无动力/间断动力滑 翔着陆。
方案设计可选题目
v 题目4—先进舰载战斗机 v 4.2 性能要求 v （2）最大飞行速度： 2.2（标准内油，无
武装） v （3）最大航程：3000（最大内油，无武装） v （4）巡航高度：11000m v （5）实用升限：19000m v （6）起飞：滑跃起飞，海平面标准条件下，
短点起飞距离110m，长点起飞距离200m； v （7）降落：可用距离100m。
总重 （）
208
88 114 172 114 161 82 939
尺寸 L×W×H（）
5×10×7.5
88个/每投放机 12.5×2.5×2.5
10×5×7.5 7.5×2.5×2.5
10×10×5 2.5×2.5×2.5
方案设计可选题目
v 题目3—先进布局宽体客机 v 背景：大型飞机多采用宽体布局设计，以达
ü.
评分方式
v 评分方式
v 总分 ＝ 平时成绩＋期末笔试
v 100％ ＝ 50％ ＋ 50％
v ＊设计小组
v 平时成绩 ＝ 课程项目 + 考勤
简报与总报告的规范性 2
课程项目（40%）
（2）展示和表达能力 （3）团队协作能力 （4）设计工作量 （5）方案完整性与严谨性 （6）技术可行性 （7）创新意识与能力 （8）个人表现
2014 第一讲
飞机总体设 计
飞机系 航空科学与工程学院
国家级精品课服务团 队
课程负责人
武哲 航空宇航科学与技术学科责任教授
课程组成员
杨超 黄俊 孙康文 罗明强 刘东旭
张云飞 刘虎 李道春 马云鹏 周尧明
助教团队 张夏阳、刘宇轩
课程安排
v 课程内容 v 课堂讲授 v 专题讲座 v 设计项目 v 课堂展示 v 国际交流
单个座位尺寸78.7。每位乘客加行李重量 102； v （2）经济航程：740，设计时应考虑适当 的燃油余量；
v （3）90%载荷时（67名乘客），静风航程 大于2960；
v （4）起飞和着陆。海平面、最大起飞重量
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统 v 来源：2013-2014 大学航空工程设计竞赛 v
方案设计可选题目
v 题目5—新型高超声速飞行器 v 5.3 设计要求 v （1）提出清晰的设计思路，描述方案的基
本特点； v （2）调研并选择典型的发动机或发动机组
合； v （3）完成飞行器总体布局设计； v （4）完成飞行器分系统分解和基本描述； v （5）完备的几何描述，绘制高质量的渲染
设计时注意燃油余量。 v （4）巡航 0.82-0.95，最大巡航海拔高度
900013000m。
方案设计可选题目
v 题目4—先进舰载战斗机 v 4.1 基本要求 v （1）载荷能力： v 乘员1人； v 正常状态下利用内置弹舱可携带4枚90级近
距空空弹+4枚200级中距空空导弹+1枚 500对地攻击制导弹药； v 利用外挂点可增加1枚800级反舰导弹/4枚 200中距空空导弹，具体尺寸等参数可查找 文献。
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划 v 飞机设计导论 – 251: v 飞机总体设计 – 451：
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划- 2011年秋 季
.
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划-2012/2013
联合课程
“航空航天设计联合课程计划”
......
课程安排
v 设计小组—飞机概念方案设计 v 任务：根据所给题目，选择某一类型的飞机
环保，因此如果瞄准2020年中短途航线市 场，设计新型涡桨飞机，充分发挥涡桨飞机 经济性和环境排放优势，并给乘客提供类似 喷气客机的体验，将使涡桨飞机重新获得市 场。
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机 v 1.1 基本设计要求 v （1）载荷能力：75±2名乘客，单通道，
3 3 4 4 8 8 8
11
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机（） v 题目2—高空长航时无人飞行系统（） v 题目3—先进布局宽体客机 v 题目4—先进舰载战斗机 v 题目5—新型高超声速飞行器
12
方案设计可选题目
v 题目1—未来涡桨飞机 v 来源：2013-2014 大学生团队飞机设计竞
到更大载客数量和更好的乘客体验；宽体客 机的布局也在不断发展。我国未来的新布局 宽体客机会是什么形式呢？
方案设计可选题目
v 题目3—先进布局宽体客机 v 基本设计要求 v （1）布局要求：宽体机身设计，客舱双/多
通道布局。 v （2）载荷能力：300名乘客，每位乘客和
行李总重量102；货仓容量150m³。 v （3）满载航程。满载航程应大于10000，
v 背景：研究人员一直在使用全球鹰型无人机 进行飓风季节大气数据的采集，通过这些数 据来优化计算机大气模型。但全球鹰的持续 航时仅有 24小时，难以满足长期数据采集 要求。因而需要设计出新一代的具有更长续 航能力的无人飞行系统。
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统 v 2.1 性能要求
进行概念设计，每组应完成至少2个方案的 布局设计与初步布置以进行对比，完成其中 至少1个方案的性能估算，完成演示文稿和设 计报告 v 人员：每班3个设计小组，每组11人左右 v 注意：务必保证每个同学都在某一设计小组 中！
7
课程安排
v 历年优秀设计作品展示
课程安排与评分方式
v 历年优秀设计作品展示 – 2013年度
巡航速度
巡航高度
航时
天
载荷
载荷功率
最小值 77 18 7 4 9
目标值 128 21 10+ 6 15
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统
v 2.2 载荷要求
投式探空仪 投放机
投式探空仪 干涉仪
激光定位器 放射计 雷达 C3 总计
数量
4
352 1 1 1 1 1
单重 （）
52
0.25 114 172 114 161 82
方案设计可选题目
v 题目5—新型高超声速飞行器 v 5.1 设计对象：一种可空间再入、中空高速
机动、低空滑翔着陆、可重复使用的新型无 人飞行器；
v 5.2 飞行过程概述：可从100高度的空间轨 道再入大气层，减速至60高度，在2060的 临近空间高度依靠空气动力以10以上飞行 速度可控飞行、变高度和偏航机动、大范围 转场，可在20以下高度无动力/间断动力滑 翔着陆。
方案设计可选题目
v 题目4—先进舰载战斗机 v 4.2 性能要求 v （2）最大飞行速度： 2.2（标准内油，无
武装） v （3）最大航程：3000（最大内油，无武装） v （4）巡航高度：11000m v （5）实用升限：19000m v （6）起飞：滑跃起飞，海平面标准条件下，
短点起飞距离110m，长点起飞距离200m； v （7）降落：可用距离100m。
总重 （）
208
88 114 172 114 161 82 939
尺寸 L×W×H（）
5×10×7.5
88个/每投放机 12.5×2.5×2.5
10×5×7.5 7.5×2.5×2.5
10×10×5 2.5×2.5×2.5
方案设计可选题目
v 题目3—先进布局宽体客机 v 背景：大型飞机多采用宽体布局设计，以达
ü.
评分方式
v 评分方式
v 总分 ＝ 平时成绩＋期末笔试
v 100％ ＝ 50％ ＋ 50％
v ＊设计小组
v 平时成绩 ＝ 课程项目 + 考勤
简报与总报告的规范性 2
课程项目（40%）
（2）展示和表达能力 （3）团队协作能力 （4）设计工作量 （5）方案完整性与严谨性 （6）技术可行性 （7）创新意识与能力 （8）个人表现
2014 第一讲
飞机总体设 计
飞机系 航空科学与工程学院
国家级精品课服务团 队
课程负责人
武哲 航空宇航科学与技术学科责任教授
课程组成员
杨超 黄俊 孙康文 罗明强 刘东旭
张云飞 刘虎 李道春 马云鹏 周尧明
助教团队 张夏阳、刘宇轩
课程安排
v 课程内容 v 课堂讲授 v 专题讲座 v 设计项目 v 课堂展示 v 国际交流
单个座位尺寸78.7。每位乘客加行李重量 102； v （2）经济航程：740，设计时应考虑适当 的燃油余量；
v （3）90%载荷时（67名乘客），静风航程 大于2960；
v （4）起飞和着陆。海平面、最大起飞重量
方案设计可选题目
v 题目2—高空长航时无人飞行系统 v 来源：2013-2014 大学航空工程设计竞赛 v
方案设计可选题目
v 题目5—新型高超声速飞行器 v 5.3 设计要求 v （1）提出清晰的设计思路，描述方案的基
本特点； v （2）调研并选择典型的发动机或发动机组
合； v （3）完成飞行器总体布局设计； v （4）完成飞行器分系统分解和基本描述； v （5）完备的几何描述，绘制高质量的渲染
设计时注意燃油余量。 v （4）巡航 0.82-0.95，最大巡航海拔高度
900013000m。
方案设计可选题目
v 题目4—先进舰载战斗机 v 4.1 基本要求 v （1）载荷能力： v 乘员1人； v 正常状态下利用内置弹舱可携带4枚90级近
距空空弹+4枚200级中距空空导弹+1枚 500对地攻击制导弹药； v 利用外挂点可增加1枚800级反舰导弹/4枚 200中距空空导弹，具体尺寸等参数可查找 文献。
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划 v 飞机设计导论 – 251: v 飞机总体设计 – 451：
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划- 2011年秋 季
.
联合课程
v 北航-普渡飞机设计联合课程计划-2012/2013
联合课程
“航空航天设计联合课程计划”
......
课程安排
v 设计小组—飞机概念方案设计 v 任务：根据所给题目，选择某一类型的飞机